《科学》 ：鸽子或许能够“听到”磁场

邓文龙

作者：David Dickman 来源：《科学》

发布时间：2012-5-17 10:54:44

鸽子或许能够“听到”磁场



鸽子卓越导航能力背后的生理机能是科学家们长期研究的问题。

图片来源：RICK CHASE, THE WATERLOO COURIER/AP

一直以来，鸽子的出色导航能力背后隐藏的生理机能是各方科学家争论的焦点，关于动物如何感应磁场研究的道路迷雾重重。关于磁受体的研究指出，鸟类大脑中的神经元能够转播关于地球磁场的重要信息，这就好像在这些动物体内安装了全球定位系统（GPS）。

实际上，鸽子卓越的导航技巧一直被归功于鸟类对磁场的感知能力，但是科学家们长期以来都未能找出这一能力是如何发挥作用的。近日，刊登在《科学》杂志上的一篇文章指出，鸟类的某些细胞似乎能够对磁场的方向、强度和极性等信息进行编码。同时该研究报告还提到，这些信号可能来自于动物耳内一个称作蜗管顶盲端（lagena）的部分，而这是对这一领域的科学家来说更为复杂的问题。

除了耳朵以外，最近对于鸟类磁场感知能力的位置，又有了两个更好的候选者——眼睛和鸟嘴。有证据显示，鸟类眼睛中有一种“磁场罗盘”，其运作机理与光线有直接关系。并且有很多人认为，在鸟嘴中发现的铁矿也能够起到磁性传感器的作用。

其实，目前供职于美国休斯敦贝勒医学院的David Dickman和Le-Qing Wu在去年就指出，鸟类的磁受体似乎与蜗管顶盲端相连。这一结论实际上还原了先前半途而废的研究得出的观点。

Dickman和Wu进行了一项最新研究，他们将七只信鸽（Columba livia）束缚在一个暗室里，以一个人造磁场取代地球磁场，并对鸽子在这种磁场下的脑部活动进行了监测。研究人员还小心地改变和旋转鸽子周围的人造磁场，以观察其脑部活动的变化。

研究人员经实验发现，鸽子的前庭神经系统神经元——与内耳平衡系统相连——对于周围磁场的方向、强度和极性的改变会有不同的响应，而且，这些细胞对覆盖地球的地磁场的频宽格外敏感。Dickman和Wu指出，鸽子对于磁场的感知能力远远大于“罗盘”，它能够整合地球磁场方向、强度和极性等方面的信息。这样一来，由于地球磁场在不同位置会有所差异，鸽子通过磁场感知能力能够辨别这些差异，从而产生位置和方向的信息。“理论上讲，这种能力可以被用来作为一个GPS装置。”Dickman说。

“如果这项研究可以单独重复，那么它将十分重要。”德国奥尔登堡大学磁受体研究专家 Henrik Mouritsen提到。Mouritsen认为Dickman研究小组的工作对于目前有关动物行为学方面的研究十分重要，这些研究显示了前庭系统可能履行磁受体的角色，例如，切断鸟类神经，然后测试其磁场感知能力。Mouritsen参与了Dickman研究小组的部分工作。

但是，Mouritsen也提出警告，目前已有的许多相关领域的研究成果无法重复。例如，一篇2002年发表在《自然》杂志的论文提及，知更鸟可能仅仅在一只眼睛里存在磁受体。虽然该研究小组依然坚持自己的结论，但这一结论遭到了其他研究者的强烈质疑。

另外，一篇发表在《科学》杂志的报告指出，鸽子喙部上端部分的细胞并不是磁受体，并且那些被称为巨噬细胞的免疫细胞也可能不是鸟类“第六感”的一部分。但是也有人认为这并不一定意味着鸟喙部区域不存在磁受体。而且有相当多的证据显示鸟类磁场感知能力与这一区域有关。

“现在，鸟类身体上有三个区域可能存在磁受体。”维也纳分子病理学研究所神经系统学家David Keays提到，它们分别是鸟嘴、眼睛和耳朵。Keays领导的研究小组发现鸽子喙部上富含铁质的细胞实际上是一种特定的白细胞，即巨噬细胞，这些细胞在抵御机体感染和循环利用红细胞中的铁质中发挥着举足轻重的作用，但不太可能参与磁感应。“我们的论文和Dickman小组的论文在某种意义上是提出了更多问题而非给出一个答案，”Keays说，“这是该领域研究的一个非常令人振奋的时刻。”

更多阅读

《科学》发表论文摘要（英文）：

http://www.sciencemag.org/conten ... b-9f08-3cbc1ecdf440

王兴

Science：鸽子脑中具有GPS定位功能 神经元磁场编码

作者：赵泳根来源：新民晚报2012-5-22 14:10:22

鸽子可以从几百公里之外，甚至在一、二千公里远的地方，仍能飞回家去，其奥秘何在呢？它的答案是鸽子脑部神经元为地球磁场编码，让鸽子拥有可靠的内置GPS，鸽子脑部的这个定位系统，让它们可以感知地球磁场的变化，并在长途距离中辨别方向。

科学家早就知道，许多动物（从鸟类到狐狸甚至可能包括人类）身上存在着磁场接收器。在以前的长期研究中，专家们一直对鸽子认路的本领争论不休，一方认为鸽子是靠其体内的磁性物质来辨认方向，就像人使用微型指南针一样；另一方则认为，鸽子将空气中的不同气味作为指示牌来辨认回家的路线，当然，视觉信号的作用也不能排除；还有一种理论认为，鸽子是靠太阳的位置来识别方向的。这些以前的研究基本上确定了磁场接收器存在于鸟类喙部和脊椎动物其他部位的事实。

最近，美国贝勒医学院的吴乐清和戴维-迪克曼在美国《科学》周刊上撰写了文章，根据他们一项最新的研究表明，鸽子脑部的神经元为地球磁场方向编码，让这种鸟类拥有与生俱来的内置全球定位系统（GPS）。不过，这是首次有人试图解释鸽子脑部神经元情况，是如何利用这些接收器并带来方向感。美国医学研究人员说，他们发现了鸽子的脑细胞是怎样记录了从地球磁场中感知到的详细导航信息。科学家采取的做法是，将一些鸽子置于黑暗的环境下，并对它们的脑部进行监测，他们试图找到负责解读这些信号的神经网络。接着科学家调高了磁场的强度，并对其范围、高度和其他变量进行调节。他们用基因标记来确定神经元被激活的时间点，而且把关注的重点放在用来处理此类信息的神经区域。最终，他们在鸽子的脑干部位确定了活动性大大提高的53个神经元。而且，这些脑细胞与相对应的人工磁场范围最为敏感。在贝勒医学院进行此项研究的这两名研究人员说，他们的发现揭示了：鸽子脑部一种称为神经元的单细胞可以将磁场方位、强度和极性信息编制成密码。研究人员发现，当鸽子内耳中某一区域处于变化的磁场中时，这些脑部的神经元就会作出反应。

那么信号从何而来？吴和迪克曼认为磁场信息通过内耳发送到神经元，不过喙部和视网膜接收器也有可能在其中发挥了作用。他们这样写道：神经元将地磁矢量编码，神经细胞利用这些编码进行计算，得到关于方位和飞行方向的信息。换句话说，这就是鸽子神经系统的全球定位系统。研究人员说，证据表明，这些神经元属于一个接收器网络，接收器可以发现并向脑部的其他部位发送有关地球磁场方位和强度的信息。他们猜测，脑部的其他区域把新收到的磁场数据与脑中的地球表面三维图像相对照，这让鸟类拥有惊人的导航能力。

研究人员对鸟类磁场感应能力感兴趣是因为它有助于进一步了解人类的一些脑部疾病。这项新的研究已发表在《科学》期刊上。